1.2 Последовательность электродных процессов

В общем случае к электродам подходит не один, а несколько видов способных к разряду частиц. В связи с этим важно уметь определить, какие же из конкурирующих процессов будут происходить на катоде и аноде в первую очередь.

На катоде протекает реакция восстановления, поэтому в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. Следовательно, на катоде, прежде всего, протекает реакция с наиболее положительным электродным потенциалом.

Соответственно, так как на аноде протекает реакция окисления, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные восстановители. Следовательно, на аноде, прежде всего, протекает реакция с наиболее отрицательным электродным потенциалом.

Пример 1. Напишите уравнения реакций электролиза расплава хлорида натрия. Электроды графитовые.

Решение: В расплаве хлорид натрия диссоциирует: NaCl⇄ Na⁺ + Cl^¯

Катионы под действием электрического тока перемещаются к отрицательному электроду – катоду и восстанавливаются:

(К) Na⁺ + ē → Na

Анионы под действием электрического тока перемещаются к положительному электроду – аноду и окисляется:

(А) 2 Cl¯ - 2 ē → Cl₂

Уравнение окислительно-восстановительной реакции процесса электролиза получается из уравнений анодной и катодной полуреакций после умножения каждого из них на соответствующий коэффициент, чтобы уравнять число отдаваемых и принимаемых электронов:

2 (К) Na⁺ + ē → Na

1 (А) 2Cl¯ - 2ē → Cl₂

2 Na⁺ + 2ē + 2 Cl¯ - 2ē → 2 Na + Cl₂

2 NaCl 2Na + Cl₂

Пример 2. Какие реакции будут протекать на электродах при электролизе водного раствора хлорида меди с инертными электродами?

Решение: CuCl₂ ⇄ Cu²⁺ + 2Cl¯

Следовательно, к катоду подойдут ионы Cu²⁺, а к аноду ионы Cl¯.

Кроме того, сама вода может восстанавливаться на катоде и окисляться на аноде. А также окисляться может сам анод – Cu.

Таким образом, на катоде всегда возможно два варианта – восстановление катионов металла и восстановление молекул H₂O:

Катод:

(1) Cu²⁺ + 2ē = Cu

(2) 2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH¯

Если идет преимущественно вторая реакция, то в прикатодном пространстве происходит образование и накопление ионов ОН¯, т.е. произойдет подщелачивание раствора, которое можно обнаружить с помощью соответствующего индикатора.

На аноде возможны 3 варианта: окисление аниона соли, окисление молекул Н₂О и окисление анода:

Анод:

(1) 2Cl¯ - 2ē → Cl₂

(2) 2H₂O - 4ē = O₂ + 4H⁺

(3) Cu⁰ - 2ē = Cu²⁺

Если идет преимущественно вторая реакция, то в прианодном пространстве происходит образование и накопление ионов Н ⁺, т.е. произойдет подкисление раствора, которое можно обнаружить с помощью соответствующего индикатора.

2 Вопросы для самоконтроля

1. В чём заключается сущность электролиза? Какое оборудование необходимо для его осуществления в простейшем случае?

2. К какому полюсу источника тока подключают при электролизе катод? анод?

3. Электролитическое кадмирование проводили в течение 0,5 час при силе тока 20 А. Выход кадмия по току в условиях электролиза составлял 90%. Вычислите массу осажденного кадмия . Ответ: 18,87 г;

4. В какой последовательности выделяются на катоде металлы при электролизе раствора, содержащего ионы Bi³⁺, Au³⁺, Cu²⁺, Ag⁺ в одинаковой концентрации?

5. Какие процессы протекают при электролизе водного раствора КОН с платиновыми электродами?

6. Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1 часа при силе тока 4А?

7. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода (н.у.)?

8. Какая масса гидроксида калия образовалась у катода при электролизе раствора K₂SO₄, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода (н.у.)?